Най-горещата нова климатична технология са…  тухлите

Топлоакумулиращите тухли могат да бъдат ключът към осигуряването на възобновяема енергия за някои от най-големите замърсители в света. Досега големите промишлени предприятия, които се нуждаят от много топлина, за да произвеждат всичко - от стомана до детски храни - получаваха по-голямата част от нея от изгарянето на изкопаеми горива като природния газ. Нищо чудно, че тежката промишленост е отговорна за около една четвърт от световните емисии. Алтернативните енергийни източници като вятърната и слънчевата енергия, които произвеждат по-малко парникови газове, досега не са в състояние постоянно да генерират необходимите количества топлина.

Именно тук се проявява ролята на топлинните батерии под формата на тухли. Все по-голям брой компании работят по разработването на системи, които могат да улавят топлината, генерирана от чиста електроенергия, и да я съхраняват в купчини тухли за последващо използване. Те се основават на прости проекти и налични в търговската мрежа материали и могат да бъдат бързо поставени навсякъде. Въпреки че повечето тестови системи са все още в ранен етап, системите за съхранение на топлина имат потенциала да освободят индустрията от изкопаемите горива.

Ключът към потенциалния успех на топлинните батерии е тяхната простота. „Ако ще го правите в голям мащаб, всички трябва да се съгласят, че е скучно и надеждно", казва Джон О'Донъл, главен изпълнителен директор на базирания в Калифорния стартъп за съхранение на топлина Rondo Energy. Компанията стартира първия си търговски пилотен проект в завод за етанол в Калифорния през март, пише в свой материал Heise. 

Тостерът на бъдещето

Това по същество е внимателно проектирана купчина тухли. В системата на Rondo електричеството преминава през нагревателен елемент и тук се превръща в топлина. Това е същият механизъм като при тостера, казва О'Донъл, но много по-голям и по-горещ. След това топлината се излъчва през купчината тухли, нагрявайки ги до температура от над 1500 градуса.

Изолираният стоманен контейнер, в който се намират тухлите, може да ги поддържа горещи в продължение на часове или дори дни. Когато задържаната топлина е необходима, вентилатори издухват въздуха през тухлите. Въздухът може да достигне температура до 1000 градуса, докато преминава през пролуките. О'Донъл казва, че начинът на използване на крайната топлина зависи от търговския процес, въпреки че много заводи вероятно ще я използват за превръщане на вода в пара под високо налягане.

В пилотния проект на Rondo в завод за биогорива парата се използва по време на процеса на ферментация за производство на етанол. В много други промишлени процеси парата се използва за контролиране на температурата в реакторите или в други етапи, като например почистване.

Топлинните батерии могат да бъдат разработени и специално за процеси с по-високи температури, при които днес не се използва пара: Например производството на цимент и стомана, за което са необходими температури над 1000 градуса, би било подходящо.

Много промишлени процеси работят 24 часа в денонощието и изискват постоянно отопление. Чрез внимателно контролиране на топлообмена системата на Rondo може да се зарежда бързо, за да се използват кратките периоди, когато електричеството е евтино поради наличието на възобновяеми енергийни източници. Топлинните батерии на стартиращата компания вероятно трябва да се зареждат за около четири часа, за да осигурят постоянна топлина през деня и нощта.

„Чудовищно" количество топлина

Едно от най-големите предизвикателства пред технологиите за съхранение на топлина е изграждането на достатъчно системи, които да посрещнат огромните енергийни нужди на тежката промишленост. Секторът потребява „чудовищно количество топлина", казва Ребека Дел, старши директор за индустрията във фондацията с нестопанска цел ClimateWorks. От общата енергия, използвана годишно в промишлеността, около три четвърти се потребява като топлина, докато електроенергията е само една четвърт. Промишлената топлина представлява около 20% от общото световно търсене на енергия. 

Изкопаемите горива са най-очевидният и икономичен начин за захранване на тези мащабни промишлени процеси, но цената на вятърната и слънчевата енергия е спаднала с над 90% през последните десетилетия. Според Дел това е позволило на електроенергията да играе по-голяма роля в индустрията. „Намираме се в чудесен момент, в който можем да спрем да изгаряме материали за нашата топлина, а освен това тя е и по-евтина", пали се О'Донъл.

Съществуват и някои други начини за използване на евтина възобновяема енергия в промишлеността. Някои заводи биха могли да бъдат преустроени така, че да използват директно електричество вместо висока топлина. Компаниите работят върху електрохимични процеси за производство на цимент и стомана например, въпреки че подмяната на цялата инфраструктура в съществуващите заводи може да отнеме десетилетия. Използването на електроенергия за производство на водород, който по-късно може да бъде изгорен за генериране на електроенергия, е друг възможен път, въпреки че в много случаи той все още е твърде скъп и неефективен.

Всяко усилие за задоволяване на огромното търсене на топлинна енергия в промишлеността ще изисква драстично увеличаване на производството на електроенергия. Според Дел един нормален завод за цимент постоянно консумира около 250 мегавата енергия, главно под формата на топлина. Това се равнява на нуждите от електроенергия на около 250 000 жители. Следователно електрификацията на голям промишлен завод означава допълнително търсене на електроенергия, равностойно на това на цял малък град.

Една тухла след другата

Rondo не е единствен в стремежа си да използва топлинни батерии в промишлеността. Базираната в Калифорния компания Antora Energy също изгражда системи за съхранение на топлина на въглеродна основа. „Това е много просто - буквално са само масивни блокове", казва съоснователят и оперативен директор Джъстин Бригс.

Вместо да се използва отделен нагревателен елемент като "тостерната намотка" на Rondo за преобразуване на електричеството в топлина, системата на Antora използва въглеродни блокове като съпротивителни нагреватели, които могат едновременно да генерират и съхраняват топлина. Това може да намали разходите и сложността, обяснява Бригс. Това решение обаче означава също, че системата трябва да бъде внимателно затворена, тъй като графитът и други видове въглерод могат да се разпаднат във въздуха при високи температури.

Antora планира да предложи и вариант за производство на електроенергия, а не само да доставя топлина за промишлеността. Подходът на стартъпа се основава на термофотоволтаици - устройства, подобни на слънчевите панели, които улавят слънчевата енергия. Вместо това устройствата на Antora улавят топлинната енергия, излъчвана от горещите блокове, и я преобразуват в електричество.